Elementarmathematik Beispiele

$3 \cos (x) + 3 - 2 \sin^{2} (x) = 0$

Schritt 1

Ersetze die $- 2 \sin^{2} (x)$ durch $- 2 (1 - \cos^{2} (x))$ basierend auf der $\sin^{2} (x) + \cos^{2} (x) = 1$ -Identitätsgleichung.

$3 \cos (x) + 3 - 2 (1 - \cos^{2} (x)) = 0$

Schritt 2

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 2.1

Wende das Distributivgesetz an.

$3 \cos (x) + 3 - 2 \cdot 1 - 2 (- \cos^{2} (x)) = 0$

Schritt 2.2

Mutltipliziere $- 2$ mit $1$ .

$3 \cos (x) + 3 - 2 - 2 (- \cos^{2} (x)) = 0$

Schritt 2.3

Mutltipliziere $- 1$ mit $- 2$ .

$3 \cos (x) + 3 - 2 + 2 \cos^{2} (x) = 0$

Schritt 3

Subtrahiere $2$ von $3$ .

$3 \cos (x) + 1 + 2 \cos^{2} (x) = 0$

Schritt 4

Stelle das Polynom um.

$2 \cos^{2} (x) + 3 \cos (x) + 1 = 0$

Schritt 5

Ersetze $\cos (x)$ durch $u$ .

$2 {(u)}^{2} + 3 (u) + 1 = 0$

Schritt 6

Faktorisiere durch Gruppieren.

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Schritt 6.1

Für ein Polynom der Form $a x^{2} + b x + c$ schreibe den mittleren Term als eine Summe zweier Terme um, deren Produkt gleich $a \cdot c = 2 \cdot 1 = 2$ und deren Summe gleich $b = 3$ ist.

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Schritt 6.1.1

Faktorisiere $3$ aus $3 u$ heraus.

$2 u^{2} + 3 u + 1 = 0$

Schritt 6.1.2

Schreibe $3$ um als $1$ plus $2$

$2 u^{2} + (1 + 2) u + 1 = 0$

Schritt 6.1.3

Wende das Distributivgesetz an.

$2 u^{2} + 1 u + 2 u + 1 = 0$

Schritt 6.1.4

Mutltipliziere $u$ mit $1$ .

$2 u^{2} + u + 2 u + 1 = 0$

Schritt 6.2

Klammere den größten gemeinsamen Teiler aus jeder Gruppe aus.

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Schritt 6.2.1

Gruppiere die ersten beiden Terme und die letzten beiden Terme.

$2 u^{2} + u + 2 u + 1 = 0$

Schritt 6.2.2

Klammere den größten gemeinsamen Teiler (ggT) aus jeder Gruppe aus.

$u (2 u + 1) + 1 (2 u + 1) = 0$

Schritt 6.3

Faktorisiere das Polynom durch Ausklammern des größten gemeinsamen Teilers, $2 u + 1$ .

$(2 u + 1) (u + 1) = 0$

Schritt 7

Wenn irgendein einzelner Faktor auf der linken Seite der Gleichung gleich $0$ ist, dann ist der ganze Ausdruck gleich $0$ .

$2 u + 1 = 0$

$u + 1 = 0$

Schritt 8

Setze $2 u + 1$ gleich $0$ und löse nach $u$ auf.

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Schritt 8.1

Setze $2 u + 1$ gleich $0$ .

$2 u + 1 = 0$

Schritt 8.2

Löse $2 u + 1 = 0$ nach $u$ auf.

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Schritt 8.2.1

Subtrahiere $1$ von beiden Seiten der Gleichung.

$2 u = - 1$

Schritt 8.2.2

Teile jeden Ausdruck in $2 u = - 1$ durch $2$ und vereinfache.

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Schritt 8.2.2.1

Teile jeden Ausdruck in $2 u = - 1$ durch $2$ .

$\frac{2 u}{2} = \frac{- 1}{2}$

Schritt 8.2.2.2

Vereinfache die linke Seite.

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Schritt 8.2.2.2.1

Kürze den gemeinsamen Faktor von $2$ .

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Schritt 8.2.2.2.1.1

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$\frac{2 u}{2} = \frac{- 1}{2}$

Schritt 8.2.2.2.1.2

Dividiere $u$ durch $1$ .

$u = \frac{- 1}{2}$

Schritt 8.2.2.3

Vereinfache die rechte Seite.

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Schritt 8.2.2.3.1

Ziehe das Minuszeichen vor den Bruch.

$u = - \frac{1}{2}$

Schritt 9

Setze $u + 1$ gleich $0$ und löse nach $u$ auf.

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Schritt 9.1

Setze $u + 1$ gleich $0$ .

$u + 1 = 0$

Schritt 9.2

Subtrahiere $1$ von beiden Seiten der Gleichung.

$u = - 1$

Schritt 10

Die endgültige Lösung sind alle Werte, die $(2 u + 1) (u + 1) = 0$ wahr machen.

$u = - \frac{1}{2}, - 1$

Schritt 11

Ersetze $u$ durch $\cos (x)$ .

$\cos (x) = - \frac{1}{2}, - 1$

Schritt 12

Stelle jede der Lösungen auf, um sie nach $x$ aufzulösen.

$\cos (x) = - \frac{1}{2}$

$\cos (x) = - 1$

Schritt 13

Löse in $\cos (x) = - \frac{1}{2}$ nach $x$ auf.

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Schritt 13.1

Wende den inversen Kosinus auf beide Seiten der Gleichung an, um $x$ aus dem Kosinus herauszuziehen.

$x = \arccos (- \frac{1}{2})$

Schritt 13.2

Vereinfache die rechte Seite.

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Schritt 13.2.1

Der genau Wert von $\arccos (- \frac{1}{2})$ ist $\frac{2 π}{3}$ .

$x = \frac{2 π}{3}$

Schritt 13.3

Die Cosinus-Funktion ist im zweiten und dritten Quadranten negativ. Um die zweite Lösung zu finden, subtrahiere den Referenzwinkel von $2 π$ , um die Lösung im dritten Quadranten zu finden.

$x = 2 π - \frac{2 π}{3}$

Schritt 13.4

Vereinfache $2 π - \frac{2 π}{3}$ .

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Schritt 13.4.1

Um $2 π$ als Bruch mit einem gemeinsamen Nenner zu schreiben, multipliziere mit $\frac{3}{3}$ .

$x = 2 π \cdot \frac{3}{3} - \frac{2 π}{3}$

Schritt 13.4.2

Kombiniere Brüche.

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Schritt 13.4.2.1

Kombiniere $2 π$ und $\frac{3}{3}$ .

$x = \frac{2 π \cdot 3}{3} - \frac{2 π}{3}$

Schritt 13.4.2.2

Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.

$x = \frac{2 π \cdot 3 - 2 π}{3}$

Schritt 13.4.3

Vereinfache den Zähler.

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Schritt 13.4.3.1

Mutltipliziere $3$ mit $2$ .

$x = \frac{6 π - 2 π}{3}$

Schritt 13.4.3.2

Subtrahiere $2 π$ von $6 π$ .

$x = \frac{4 π}{3}$

Schritt 13.5

Ermittele die Periode von $\cos (x)$ .

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Schritt 13.5.1

Die Periode der Funktion kann mithilfe von $\frac{2 π}{| b |}$ berechnet werden.

$\frac{2 π}{| b |}$

Schritt 13.5.2

Ersetze $b$ durch $1$ in der Formel für die Periode.

$\frac{2 π}{| 1 |}$

Schritt 13.5.3

Der Absolutwert ist der Abstand zwischen einer Zahl und null. Der Abstand zwischen $0$ und $1$ ist $1$ .

$\frac{2 π}{1}$

Schritt 13.5.4

Dividiere $2 π$ durch $1$ .

$2 π$

Schritt 13.6

Die Periode der Funktion $\cos (x)$ ist $2 π$ , d. h., Werte werden sich alle $2 π$ rad in beide Richtungen wiederholen.

$x = \frac{2 π}{3} + 2 π n, \frac{4 π}{3} + 2 π n$ , für jede ganze Zahl $n$

Schritt 14

Löse in $\cos (x) = - 1$ nach $x$ auf.

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Schritt 14.1

Wende den inversen Kosinus auf beide Seiten der Gleichung an, um $x$ aus dem Kosinus herauszuziehen.

$x = \arccos (- 1)$

Schritt 14.2

Vereinfache die rechte Seite.

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Schritt 14.2.1

Der genau Wert von $\arccos (- 1)$ ist $π$ .

$x = π$

Schritt 14.3

Die Cosinus-Funktion ist im zweiten und dritten Quadranten negativ. Um die zweite Lösung zu finden, subtrahiere den Referenzwinkel von $2 π$ , um die Lösung im dritten Quadranten zu finden.

$x = 2 π - π$

Schritt 14.4

Subtrahiere $π$ von $2 π$ .

$x = π$

Schritt 14.5

Ermittele die Periode von $\cos (x)$ .

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Schritt 14.5.1

Die Periode der Funktion kann mithilfe von $\frac{2 π}{| b |}$ berechnet werden.

$\frac{2 π}{| b |}$

Schritt 14.5.2

Ersetze $b$ durch $1$ in der Formel für die Periode.

$\frac{2 π}{| 1 |}$

Schritt 14.5.3

Der Absolutwert ist der Abstand zwischen einer Zahl und null. Der Abstand zwischen $0$ und $1$ ist $1$ .

$\frac{2 π}{1}$

Schritt 14.5.4

Dividiere $2 π$ durch $1$ .

$2 π$

Schritt 14.6

Die Periode der Funktion $\cos (x)$ ist $2 π$ , d. h., Werte werden sich alle $2 π$ rad in beide Richtungen wiederholen.

$x = π + 2 π n$ , für jede ganze Zahl $n$

Schritt 15

Liste alle Lösungen auf.

$x = \frac{2 π}{3} + 2 π n, \frac{4 π}{3} + 2 π n, π + 2 π n$ , für jede ganze Zahl $n$